UNIVERSIDAD DE MÁLAGA Departamento de Física Aplicada II DISTRIBUCIÓN Y CIRCULACIÓN ...

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UNIVERSIDAD DE MÁLAGA
Departamento de Física Aplicada II
DISTRIBUCIÓN Y CIRCULACIÓN DE MASAS DE AGUA
EN EL GOLFO DE CÁDIZ. VARIABILIDAD INDUCIDA
POR EL FORZAMIENTO METEOROLÓGICO
TESIS DOCTORAL
FRANCISCO CRIADO ALDEANUEVA
MÁLAGA, 2004
UNIVERSIDAD DE MÁLAGA
DEPARTAMENTO DE FÍSICA APLICADA II
Distribución y Circulación de Masas de Agua
en el Golfo de Cádiz. Variabilidad Inducida
por el Forzamiento Meteorológico
Memoria presentada por Francisco Criado Aldeanueva
para optar al grado de Doctor por la Universidad de Málaga
DIRECTOR
Dr. D. Jesús Manuel García Lafuente
Catedrático de Escuela Universitaria
Universidad de Málaga
Málaga, 2004
D. Jesús Manuel García Lafuente, Catedrático de Escuela Universitaria del
Departamento de Física Aplicada II adscrito a la E.T.S.I. Telecomunicación
de la Universidad de Málaga
Certifica:
Que el trabajo recogido en la presente memoria, titulada
“Distribución y Circulación de Masas de Agua en el Golfo de Cádiz.
Variabilidad Inducida por el Forzamiento Meteorológico”, presentada por
D. Francisco Criado Aldeanueva, ha sido realizada bajo mi dirección y
tiene, a mi juicio, contenido científico suficiente, de lo que informo
favorablemente en orden a su presentación y defensa para optar al grado de
Doctor por la Universidad de Málaga.
Málaga, Setiembre de 2004
Fdo: Jesús M. García Lafuente
La presente Tesis Doctoral ha sido realizada gracias a la concesión de una
Beca de Formación de Profesorado Universitario (FPU) del Ministerio de
Educación (Referencia AP2000-3951) en el Departamento de Física
Aplicada II de la Universidad de Málaga. El trabajo se ha llevado a cabo
dentro del Grupo de Oceanografía Física de la Universidad de Málaga
(Grupo RNM 137 del Plan Andaluz de Investigación).
Esta memoria ha sido realizada en el marco del Proyecto CICYT MAR99-
0643-C03 “Distribución y Dinámica de Plancton y Seston en el Golfo de
Cádiz: Escalas de Variabilidad y Control por Procesos Físicos y
Biológicos”. Agradezco su colaboración a los investigadores principales de
los distintos subproyectos, Dr. Javier Ruiz Segura y Dr. Valeriano
Rodríguez Martínez, así como a todos los que hicieron posible la
realización de la campaña GOLFO 2001.
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, quiero agradecer a mi Director, Dr. Jesús García Lafuente, su
dedicación y buen hacer para llevar a cabo este trabajo. Las numerosas facilidades recibidas,
desde su cariñosa acogida hasta sus acertados comentarios y concienzudas revisiones, pasando
por una excepcional comprensión de mi atípica situación, han hecho posible una feliz llegada a
buen puerto.
Mención especial también para Juan Miguel Vargas, de quien he recibido una
inestimable y generosa ayuda en mis primeros (y no tan primeros) pasos. Mi agradecimiento
más sincero, no sólo por la realización de algunas tareas, como la batería de programas de
tratamiento previo de la información y la puesta en marcha del software de interpolación, que
debieran haberme correspondido a mí, sino por el día a día que hemos compartido puerta con
puerta.
Y, ya de puertas para adentro, Jorge Del Río, con la D bien grande, que no se diga.
Merci beaucoup pour avoir été un si bon collégue (hala, ahora mira a ver si con tu guía rápida de
conversación eres capaz de traducirlo o tenemos que llamar a Lucía a ver qué hay de comer). La
verdad que he tenido la suerte de contar, además de con un manual de MATLAB en tiempo real
(gracias especiales por el entorno gráfico), con un auténtico lujo de persona que ha hecho
mucho más llevadero el trabajo diario.
Como decía sir Isaac Newton: “Si pude ver más alto que los demás hombres, fue porque
gigantes me alzaron en sus hombros”. No puedo suscribir la primera parte de la frase, pero
desde luego que, haya llegado donde haya llegado, ha sido gracias al apoyo de las anteriores
personas.
También estoy profundamente agradecido a todo el personal del Departamento de Física
Aplicada II, que me han facilitado las tareas docentes y me han acogido con su habitual
cordialidad y simpatía.
Muchas son las personas con las que he compartido estos años de trabajo. Desde los
más veteranos como Paco, Tarek o Javier (gracias especiales por los primeros pasos con
SURFER y la campaña de Sicilia y por la base de datos ADCP que “heredé” de ti) hasta los más
nuevos como el prometedor Antonio. Sin olvidarme de mis compañeros de Laboratorio, Paco
(Kaballita), Sergio (Truki), Bernardo, Ilde, Miguel, o el gran Michel, que me recuperó el disco
duro cuando creí que se había echado a perder todo el trabajo. Nos vemos en Rivendel.
Tampoco quisiera olvidarme de personas que, en momentos concretos de especial
importancia, me prestaron su ayuda. Tinaka, con los primeros pasos con MATLAB, Aleks con
el tratamiento de las figuras y la puesta a punto del ordenador, o Lucas, con ese formateo del
disco duro que dejó el ordenador de mi casa como un bólido. Muchas gracias a todos.
En el plano más personal, suele aprovecharse también este espacio para dejar constancia
del agradecimiento a familiares, amigos, etc. Pero unas frías líneas no me parece el lugar
adecuado para escribir mi agradecimiento y mi cariño a mis padres, a mi abuela, a Mariló, al
resto de mi familia y a mis amigos. Pobre agradecimiento sería si no soy capaz de escribírselo
día a día en su corazón.
A Valentín Aldeanueva,
mi abuelo
Porque la única muerte es el olvido,
tu siempre vivirás conmigo
A mis padres
PRÓLOGO
Es posible que el Golfo de Cádiz sea la región de la que menos conocimiento se
tiene de cuantas rodean a la Península Ibérica. La idea de rellenar esta laguna de
conocimiento era prioritaria en el proyecto GOLFO 2001, en el que se enmarca esta
memoria. En concreto, el subproyecto 1 “Circulación y Distribución de Masas de Agua
en el Golfo de Cádiz. Procesos Físicos de Mesoescala” tenía por objetivo analizar los
procesos hidrodinámicos y la variabilidad de mesoscala de los mismos para inferir su
posible influencia sobre los procesos biológicos en la zona. A lo largo de los capítulos
de esta memoria se intenta dar respuesta a éstas y otras cuestiones que han ido
surgiendo durante el desarrollo de la misma.
En el capítulo primero, se realiza una recopilación de los resultados más relevantes
existentes sobre el Golfo de Cádiz, tanto en su circulación superficial, como profunda.
En el capítulo segundo, eminentemente metodológico, se describe el conjunto de datos
empleados, así como algunas técnicas de tratamiento de los mismos.
El capítulo tercero es un resumen de las condiciones meteorológicas durante la campaña
GOLFO 2001 y de los resultados del modelo NIVMAR de predicción del nivel del mar.
La variación de las condiciones meteorológicas, en particular el régimen de vientos, se
propone como mecanismo de forzamiento de la variabilidad encontrada en algunas
estructuras hidrodinámicas.
El capítulo cuarto es un estudio de la mejor elección de la superficie de no movimiento
para los cálculos geostróficos. Se estudia la sensibilidad de los resultados obtenidos para
las corrientes y transportes geostróficos en función de la profundidad de referencia y se
propone escoger aquella que maximice el transporte de entrada hacia el Estrecho de
Gibraltar.
El capítulo quinto es una descripción detallada de las principales estructuras
hidrodinámicas detectadas en la región exterior del Golfo de Cádiz en la primavera de
2001, para lo que se ha tomado como referencia la campaña de macroescala y se ha
trabajado, fundamentalmente, con la aproximación geostrófica.
El capítulo sexto se dedica al estudio de la variabilidad de las anteriores estructuras en
respuesta al forzamiento meteorológico. El cambio en el régimen de vientos, de
Ponientes en la mesoescala 1 y macroescala a Levantes en la mesoescala 2, ha permitido
estudiar la respuesta de las diferentes estructuras a partir de datos in situ.
El capítulo séptimo se centra en la región de la plataforma y talud continental, donde la
aproximación geostrófica puede no ser válida. Para el estudio de la circulación en esta
región y de la variabilidad de las estructuras más notables, se ha recurrido al conjunto de
datos de ADCP.
Finalmente, se incorporan dos breves apéndices El primero sobre un entorno gráfico de
usuario en MATLAB y el segundo es un breve compendio sobre cuestiones de
estabilidad en el océano.

ÍNDICE DE CONTENIDOS:
CAPÍTULO 1: EL GOLFO DE CÁDIZ. UNA RETROSPECTIVA HISTÓRICA
1.1.- Marco geográfico 1
1.2.- Masas de agua en el Golfo de Cádiz 3
1.3.- Los contornos abiertos del Golfo de Cádiz 6
1.3.1.- Circulación en el Océano Atlántico Norte:
contorno occidental 6
1.3.2.- El Estrecho de Gibraltar: contorno oriental 9
1.4.- La circulación superficial en el Golfo de Cádiz 12
1.4.1.- Introducción 12
1.4.2.- Observaciones hidrográficas in situ 12
1.4.3.- Registros hidrográficos históricos 16
1.4.4.- Datos meteorológicos e imágenes satélite 19
1.4.4.a.- Las primeras observaciones 19
1.4.4.b.- Evolución estacional 22
1.4.4.c.- Últimas observaciones combinadas
meteorología-satélite 24
1.4.4.d.- La contribución del análisis de modos
empíricos ortogonales 29
1.5.- Circulación profunda en el Golfo de Cádiz 34
1.5.1.- Caracterización de la vena de Agua Mediterránea.
Propiedades y localización 34
1.5.2.- Variabilidad del chorro Mediterráneo de salida en
el Golfo de Cádiz 39
1.5.3.- Formación de meddies en el Golfo de Cádiz 40
1.5.4.- El Agua Mediterránea en el Atlántico Norte 41
1.5.5.- Procesos de mezcla en el Golfo de Cádiz 43
CAPÍTULO 2: ADQUISICIÓN Y PROCESADO DE LOS DATOS
2.1.- Introducción 51
2.2.- Adquisición de los datos 51
2.2.1.- Mesoescala 1 52
2.2.2.- Macroescala 53
2.2.3.- Mesoescala 2 53
2.3.- Características de los equipos y datos disponibles 54
2.3.1.- Equipos de hidrología 54
2.3.2.- Correntímetro Doppler 56
2.3.2.a.- Descripción del correntímetro Doppler 56
2.3.2.b.- Procesado de los datos de velocidad 58
2.3.3.- Sistema de teledetección e imágenes satélite 61
2.3.4.- Otros datos 63
2.4.- Procesado de la información 63
2.4.1.- Procesado por transectos 63
2.4.1.a.- Definición de transectos, datos disponibles y
alcance de los mismos 63
2.4.1.b.- Giro de las componentes de velocidad en la
macroescala 64
2.4.1.c.- Proceso de filtrado. Suavizado exponencial 66
2.4.1.d.- Ejemplos gráficos de representación conjunta
de la información 78
2.4.2.- Procesado sobre cortes horizontales 79
2.4.2.a.- Introducción al análisis objetivo 79
2.4.2.b.- Formulación matemática 80
2.4.2.c.- Determinación de los parámetros del método 83
2.4.2.d.- Ejemplos de representación de la información 86